UDP和TCP的特点

• 用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol）是无连接的，尽最大可能交付，没有拥塞控制，面向报文（对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分，只是添加UDP首部）。
• 传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）是面向连接的，提供可靠交付，有流量控制，拥塞控制，提供全双工通信，面向字节流（把应用层传下来的报文看出字节流，把字节流组织成大小不等的数据块）。

UDP首部格式

首部字段只有8个字节，包括源端口、目的端口、长度、校验和。12字节的伪首部是为了计算校验和而临时添加的。

TCP首部格式

• 序号：用于对字节流进行编号，例如序号为301，表示第一个字节的编号为301，如果携带的数据长度为100字节，那么下一个报文段的序号应为401。
• 确认号：期望收到的下一个报文段的序号。例如B正确收到A发送来的一个报文段，序号为501，携带的数据长度为200字节，因此B期望下一个报文段的序号为701，B发送给A的确认报文段中确认号就是701.
• 数据偏移：指的是数据部分距离报文段起始处的偏移量，实际上指的是首部的长度。
• 确认ACK：当ACK=1时确认号字段有效，否则无效。TCP规定，在连接建立后所有传送报文段必须把ACK置1。
• 同步SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则响应报文中SYN=1，ACK=1。
• 终止FIN：用来释放一个连接，当FIN=1时，表示此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放传输连接。
• 窗口：窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

TCP的三次握手

用三报文握手建立TCP连接

假设A为客户端，B为服务器端。

1. 首先B处于LISTEN（监听）状态，等待客户的连接请求。
2. A向B发送连接请求报文段，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号x。
3. B收到连接请求报文段，如果同意建立连接，则向A发送连接确认报文段，SYN=1，ACK=1，确认号为x+1,同时也选择一个初始的序号y。
4. A收到B的连接确认报文段后，还要向B发出确认，确认号为y+1,序号为x+1。
5. B收到A的确认后，连接建立。

TCP的四次挥手

TCP连接释放的过程

以下描述不讨论序号和确认号，因为序号和确认号的规则比较简单。并且不讨论ACK，因为ACK在连接建立后都为1。

1. A发送连接释放报文段，FIN=1；
2. B收到之后发出确认，此时TCP属于半关闭状态，B能向A发送数据但是A不能向B发送数据；
3. 当B不再需要连接时，发送连接释放请求报文段，FIN=1；
4. 当A收到后发出确认，此时连接释放。

TIME_WAIT
客户端收到服务器的FIN报文后进入此状态，此时并不是直接进入CLOSED状态，还需要等待一个时间计时器设置的时间。这么做有两个理由：
1.确保最后一个确认报文段能够到达。如果B没收到A发送来的确认报文段，那么就会重新发送连接释放请求报文段，A等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。
2.可能存在“已失效的连接请求报文段”，为了防止这种报文段出现在本次连接之外，需要等待一段时间。

TCP滑动窗口

窗口是缓存的一部分，用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口，接收方通过TCP报文段中窗口字段告诉发送方自己的窗口大小，发送方根据这个值和其他信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送，接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序列到达的字节进行确认，例如接收窗口已经收到的字节为{31,32,34,35}，其中{31,32}按序到达，而{34,35}就不是，因此只对字节32进行确认。发送方得到一个字节的确认之后，就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

TCP可靠传输

TCP使用超时重传来实现可靠传输：如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认，那么就重传这个报文段。

TCP流量控制

流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。

接收方发送的确认报文段中的窗口字段可以用来控制发送窗口大小，从而影响发送方的发送速率。例如将窗口字段置为0，则发送方不能发送数据。

TCP拥塞控制

如果网络出现拥塞，分组将会丢失，此时发送方会继续重传，从而导致网络拥塞程度更高。因此出现拥塞时，应当控制发送方的速率。这一点和流量控制很像，但是出发点不同。流量控制是为了让接收方能来得及接收，而拥塞控制是为了降低整个网络的拥塞程度。

TCP主要通过四种算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。发送方需要维护一个叫做拥塞窗口的（cwnd）的状态变量。注意拥塞窗口与发送方窗口的区别，拥塞窗口只是一个状态变量，实际决定发送方能发送多少数据的是发送方窗口。

为了便于讨论，做如下假设：
1.接收方有足够大的缓存，因此不会发生流量控制；
2.虽然TCP的窗口基于字节，但是这里设窗口的大小单位为报文段；

慢开始与拥塞避免
发送的最初执行慢开始，令cwnd=1,发送方只能发送一个报文段；当收到确认后，将cwnd加倍，因此之后发送方能够发送的报文段为2、4、8...
注意到慢开始每个轮次都将cwnd加倍，这样会让cwnd增长速度非常快，从而使得发送方的增长速度过快，网络拥塞的可能也就更高。设置一个慢开始门限ssthresh,当cwnd>=ssthresh时，进入拥塞避免，每个轮次只将cwnd加1。
如果出现了超时，则令ssthresh=cwnd/2,然后重新执行慢开始，cwnd置为1。

快重传与快恢复
在接收方，要求每次接收到报文段都应该发送对已收到有序报文段的确认，例如已经收到M1和M2,此时收到M4,应当发送对M2的确认。

在发送方，如果收到三个重复确认，那么可以确认下一个报文段丢失，例如收到三个M2，则M3丢失。此时执行快重传，立即重传下一个报文段。

在这种情况下，只是丢失个别报文段，而不是网络拥塞，因此执行快恢复，令ssthresh=cwnd/2,cwnd=ssthresh,注意到此时直接进入拥塞避免。

tcp如何保证传输的可靠性
tcp是面向连接的，可靠的字节流服务。
面向连接意味着两个使用tcp的应用（通常是一个客户端和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个tcp连接。在一个tcp连接中，仅有两方进行彼此通信，广播和多播不能用于tcp。

1、数据切分：将应用数据分割为tcp认为最合适发送的数据块；
2、超时重传：当tcp发出宇哥报文段之后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。若不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；
3、确认机制：当tcp收到发自tcp连接另一端的数据时，它将发送一个确认（对于收到的请求，给出确认响应）。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒（之所以推迟，可能是要对包做完校验）。
4、校验机制：若tcp收到包，校验包有错，则丢弃报文段，不给出响应，tcp发送端会超时重传；
5、数据排序：对于失序数据进行重新排序，然后交给应用层（tcp报文段作为IP数据包进行传输，而IP数据包的到达会失序，因此tcp报文段的到达也可能失序。若必要，tcp将对收到的数据进行重新排列，以正确的顺序交给应用层）。
6、对于重复数据，直接丢弃；
7、tcp可以进行流量控制，防止较快主机只是较慢主机的缓冲区溢出；

其他：
字节流服务：两个应用程序通过tcp连接，tcp不在字节中插入记录标识符，我们将这种称为字节流服务。

tcp与udp的差别在适用性上，并非在速度上，泛泛地说谁合适都是不恰当的。

tcp:http、ftp、pop3、telnet、smtp
udp:dns、rip、tftp